2018届高考物理一轮复习实验2探究弹力和弹簧伸长的关系课时知能训练课件

1．(双选)如图2－4－4甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连．当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象，如图乙所示．则下列判断正确的是

( )

图2－4－4

A．弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比 B．弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比 C．该弹簧的劲度系数是100 N/m

D．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变

20【解析】 由题图知，F－x是一条过原点的直线，k＝ N/m＝200 N/m，可知A、C

0.10错，B、D正确．

【答案】 BD

2．下列关于“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验的说法中正确的是( ) A．实验中F的具体数值必须计算出来

B．如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度L代替x，F－L也是过原点的一条直线 C．利用F－x图线可求出k值

D．作F－x图象时要把所有点连到线上，才能得到真实规律

【解析】 该实验研究弹簧弹力与其伸长量之间的关系，可以用一个钩码的重力作为弹

1

力的单位，因此弹力F的具体数值没必要计算出来，A错．通过实验探究可知F∝x(伸长量)，

F－x图象是过坐标原点的一直线，而用L代替x后则F－L图线不过原点，故B错．F－x图线关系显示，就是劲度系数k，故C对．实验中有的数据可能存在较大误差，所以做图时可以舍去，不必连到线上，故D错．

【答案】 C

3．为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码．实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据，其对应点已在图2－4－5上标出(g＝9.8 m/s)

2

Fx

图2－4－5

(1)作出m－l的关系图线． (2)弹簧的劲度系数为________N/m.

【解析】 (1)应使尽量多的点在同一条直线上． (2)由胡克定律F＝kx，得k＝0.258.

【答案】 (1)如图所示

ΔF即图线的斜率表示弹簧的劲度系数，由图象得k＝Δx

(2)0.258(0.248～0.262)

4．某小组在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验时测出数据如下表所示.

弹簧长度l(cm) 砝码重力(N) 2.50 0 3.01 0.5 3.49 1.0 4.02 1.5 4.50 2.0 5.12 2.5 甲、乙、丙同学分别作出如图2－4－6所示的三个图象． 2

图2－4－6

(1)试求三位同学所作图象的函数关系式，并比较三个函数关系式的适用条件及区别； (2)三个函数关系式中的比例系数各有什么物理意义，其单位是什么？

【答案】 (1)甲同学的函数关系式为F＝100x，在x为[0,0.02 m]内适用；乙同学的函数关系式为F＝100(l－0.025)，在l为[0.025 m,0.040 m]内适用；丙同学的函数关系式为x＝

1

F，在F为[0,2.0 N]内适用 100

三位同学所列函数关系式的区别在于选择的自变量和因变量不同，甲和丙同学得到的函数为正比例函数，应用比较简便；乙同学得到的函数为一次函数，使用不简便．甲同学的函数关系式为胡克定律

(2)甲、乙同学的函数关系式中比例系数表示：弹簧伸长1 m所需拉力的大小，即弹簧的劲度系数，单位是N/m；丙同学函数关系式的比例系数表示：1 N的力作用在弹簧上，弹簧能伸长的长度，单位是m/N

图2－4－7

5．在“探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图2－4－7.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．

(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在如坐标图2－4－8中，请作出F－L图线

图2－4－8

3

(2)由此图线可得出的结论是_____________________________________． 该弹簧的原长为L0＝____cm，劲度系数k＝______N/m.

(3)试根据以上该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验数据的表格．(不必填写其实验测得的具体数据)

(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较．

优点在于：__________________________________________________； 缺点在于：__________________________________________________. 【解析】 (1)如图

(2)在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比 10 25 (3)如下表

次数 弹力F/N 弹簧的长度L/×10 m －21 2 3 4 5 6 (4)避免弹簧自身所受重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验误差．

【答案】 见解析

6．橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即F＝kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关．理论和实践都表明k＝Y，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量．

(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是( ) A．N C． N/m

B．m D．Pa

SL(2)有一段横截面为圆形的橡皮筋，应用如图2－4－9(a)所示的实验装置，可以测量出它的杨氏模量Y的值．首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L＝20.00 cm，利用测量工具

b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝4.000 mm，那么测量工具a和b应分别为________、

________.

4

图2－4－9

(3)用如图(a)所示的装置就可以测量出这种橡皮筋的Y值，表中为橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录，请在图(b)中作出F－x的图象.

拉力F(N) 伸长量x(cm)

(4)由以上实验可求出该橡皮筋的Y值为________(保留一位有效数字)

5.0 1.60 10.0 15.0 20.0 25.0 8.00 3.20 4. 80 6.40

【解析】 在国际单位制中k、S、L的单位分别是N/m、m、m.代入k＝Y进行单位计算得Y的单位为N/m，即Pa.由于橡皮筋的长度的测量结果准确到1 mm，所以其测量工具为毫米刻度尺．而直径的测量结果准确到0.01 mm，所以其测量工具为螺旋测微器．根据表格中的数据，作出F­x图象如图所示，由图象求出k值，将有关数据代入公式k＝Y，求出Y值，Y＝，代入数值解得Y＝5×10 Pa.

【答案】 (1)D (2)毫米刻度尺 螺旋测微器 (3)见解析图 (4)5×10 Pa

6

2

2

SLSLkLS6

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